企业供电系统的保护及其二次回路.ppt

第六章 企业供电系统的保护及其二次回路,6-1 保护装置的作用及对其要求,一、保护装置的作用,（1）当发生故障时，保护装置动作，并借助于断路器自动地、有选择地将故障元件迅速地从供电系统中切除，避免事故的扩大，保证其它电气设备继续正常运行。（2）当出现不正常工作状态时，保护装置动作，及时发出报警信号，以便引起运行人员注意并及时处理。,（3）保护装置还可以与供电系统的其它自动装置，如备用电源自动投入装置（APD）、自动重合闸装置（ARD）等配合，大大缩短了短路事故的停电时间，及时恢复正常供电，从而提高了供电系统的运行可靠性。,二、对保护装置的要求,（1）选择性 当供电系统发生故障时，只让离故障点最近的保护装置动作，切除故障元件，保证其它电气设备的正常运行。把这种有选择的切除故障元件的性能称为选择性。（2）快速性 当供电系统发生故障时，快速切除故障可以减轻短路电流对电气设备的破坏程度，尽快恢复供电系统的正常运行。因此，保护装置应力求动作迅速。,（3）可靠性 保护装置必须经常处于准备状态，一旦在本保护区内发生短路或出现不正常工作状态时，它都不应该拒绝动作或误动作，而必须可靠地动作。（4）灵敏性 保护装置对本保护区内发生的故障或不正常运行状态，无论其位置如何，程度轻重，均应有足够的反应能力，保证动作，这种性能称为灵敏性。各种保护装置的灵敏性是用“灵敏度”来衡量的。,对过电流保护装置，其灵敏度的定义为：,为系统在最小运行方式下，在保护区末端发生短路时的最小短路电流；,为保护装置的一次侧（主电路）动作电流。,返回,6-2 常用的保护继电器,一、电磁式电流继电器,电流继电器在继电保护装置中作为启动元件,1内部结构,DL-10系列电磁式电流继 电器内部结构图1-线圈 2-电磁铁 3-钢舌片 4-轴 5-反作用力弹簧 6-轴承 7-静触点 8-动触点 9-启动电流调节转杆 10-标度盘（铭盘）,2动作电流、返回电流及返回系数,当继电器线圈1通过电流时，电磁铁2中产生磁通，使Z形衔铁（钢舌片）3向磁极偏转，而轴4上的反作用力弹簧5则阻止衔铁偏转。当继电器线圈中的电流增大到使衔铁所受转矩大于弹簧的反作用力矩时，衔铁被吸近磁极，使常开触点7、8闭合，此时称为继电器的动作。,能使电流继电器动作的最小电流，称为电流继电器的动作电流，用Iop.KA表示。,继电器动作后，若线圈中电流减小到一定数值时，衔铁由于电磁力矩小于弹簧的反作用力矩而返回起始位置，常开触点7、8打开，此时称为继电器返回。,能使电流继电器由动作状态返回到起始位置的最大电流，称为电流继电器的返回电流，用Ire.KA表示。继电器的返回电流与动作电流之比，称为电流继电器的返回系数，用Kre表示，即,3动作电流的调节,继电器动作电流有两种调节方法：一种粗调，即改变两个线圈的连接方式（串联或并联），线圈并联时动作电流比串联时增大一倍；二是细调，是转动调节转杆9，改变弹簧5的反作用力矩。,电流继电器的图形符号和文字符号a)集中表示的图形 b)分开表示的图形,二、电磁式时间继电器,1内部结构,DS-100，120系列时间继电器的内部结构1-线圈 2-电磁铁 3-可动铁心 4-返回弹簧 5、6-瞬时静触点 7-绝缘件 8-瞬时动触点 9-压杠 10-平衡锤 11-摆动卡板 12-扇形齿轮 13-传动齿轮 14-主动触点 15-主静触点 16-标度盘 17-拉引弹簧 18-弹簧拉力调节器 19-摩擦离合器 20-主齿轮 21-小齿轮 22-掣轮 23、24-钟表机构,2动作原理,在继电器线圈1中加上动作电压后，可动铁心（衔铁）3即被瞬时吸入电磁线圈中，扇形齿轮的压杆9被释放，在拉引弹簧17的作用下使扇形齿轮12按顺时针方向转动，并带动传动齿轮13，经摩擦离合器19，使同轴的主齿轮20转动，并传动钟表机构。因钟表机构中摆动卡板和平衡锤的作用，使动触点14恒速运动，经过一定时间后与静触点15相接触，完成了时间继电器的动作过程。当加在线圈上的电压消失后，在返回弹簧4的作用下，衔铁被顶回原来位置，同时扇形齿轮的压杆也立即被顶回原处，使扇形齿轮复原。,3时限调节,通过改变静触点的位置。也就是改变动触点的行程，即可调整时间继电器的动作时间。,时间继电器的图形符号和文字符号a)时间继电器的缓吸线圈及延时闭合触点 b)时间继电器的缓放线圈及延时断开触点,三、电磁式中间继电器,中间继电器的作用，是在继电保护装置和自动装置中用以增加触点数量和触点容量的。所以，这类继电器有触点数多、触点的容量较大特点，一般用于保护装置的出口处。,DZ系列电磁式中间继电器内部结构 1-电磁铁 2-线圈 3-衔铁 4-触点,当电压加在线圈上时，衔铁被电磁铁吸向闭合位置，并带动触点转换，常开触点闭合，常闭触点断开。当断开电源时，衔铁被快速释放，触点全部返回到起始位置。,中间继电器的图形符号和文字符号,四、电磁式信号继电器,信号继电器在继电保护和自动装置中用来作为信号指示的。,DX-11型信号继电器的内部结构1-线圈 2-电磁铁 3-弹簧 4-衔铁 5-信号牌 6-玻璃窗孔 7-复位旋钮 8-动触点 9-静触点 10-接线端子,在正常情况下，继电器线圈1中没有电流通过，衔铁4被弹簧3拉住，信号牌5由衔铁的边缘支持着保护在水平位置。当线圈1中有电流流过时，电磁力吸引衔铁而释放信号牌。信号牌由于自重而下落，并且停留在垂直位置（机械自保持）。这时在继电器外壳上面的玻璃孔上可以看到带有颜色的信号标志。,在信号牌落下时，固定信号牌的轴同时转动90，固定在这轴上的动触点8与静触点9接通，使灯光或音响信号回路接通。复归时，用手转动复归旋钮7，由它再次把信号牌抬到水平位置，让衔铁4支持住，并保持在这个位置准备下次动作。,信号继电器的图形符号和文字符号,返回,6-3 高压电力线路继电保护,高压配电线路常用的保护装置有：定时限的过流保护、电流速断保护、过负荷保护、单相接地保护等。,一、定时限过电流保护,1原理接线图,线路的定时限过电流保护原理接线图a)集中表示(归总式)电路图 b)分开表示(展开式)电路图QF-断路器 KA-电流继电器 KS-信号继电器 KT-时间继电器 KM-中间继电器 TA-电流互感器 YR-跳闸线圈 QF1，2-断路器辅助触头,2工作原理,当一次电路发生相间短路时，短路电流流过电流互感器的一次侧，其二次电流成比例增大，此电流使电流继电器KA1、KA2至少有一个瞬时动作，常开触点闭合，启动时间继电器KT。,KT经延时后，其延时触点闭合，接通信号继电器KS和中间继电器KM。KM动作后，其常开触点接通跳闸线圈YR，使断路器QF跳闸，切除短路故障。与此同时，KS动作，常开触点接通信号回路，发出声、光指示信号。,断路器QF跳闸时，其辅助触头QF1，2随之断开跳闸回路，以减轻中间继电器触点和跳闸线圈的负担。在短路故障被切除后，KS需要手动复归，而其他各继电器均自动返回初始状态。,二、电流速断保护,上述的带时限的过流保护，是靠牺牲时间来满足选择性的。而对单侧电源来说，越靠近电源，短路电流越大，动作时限也越长。当定时限的过流保护的动作时限大于0.7s时应装设电流速断保护,作为快速动作的主保护。这种保护装置实际上是一种瞬时动作的过流保护。,1原理接线图,KA1、KA2、KT、KS1和KM是定时限的过流保护元件。而KA3、KA4、KS2和KM是电流速断保护元件,线路的定时限过电流保护和电流速断保护原理接线图,2工作原理,当一次电路在速断保护区发生相间短路时，反应到电流互感器的二次电流使电流继电器KA3、KA4至少有一个瞬时动作，常开触点闭合，直接接通信号继电器KS2和中间继电器KM。KM动作后，其常开触点接通跳闸线圈YR，使断路器QF跳闸，切除短路故障。与此同时，KS2动作，接通速断信号回路。,为了满足选择性，电流速断保护的动作电流整定值较大，因此电流速断保护是不能保护全部线路的，也就是说存在不动作区（一般叫“死区”）。应该与定时限保护装置配合使用。,返回,一、变压器故障类型,6-4 变压器继电保护,变压器的故障可分为内部故障和外部故障两大类。内部故障主要有：相间短路、绕组的匝间短路和单相接地短路。发生内部故障是很危险的，因为短路电流产生的电弧不仅会破坏绕组的绝缘，烧毁铁心，而且由于绝缘材料和变压器油受热分解而产生大量气体，还可能引起变压器油箱爆炸。,变压器的不正常工作状态主要有：由于外部短路和过负荷引起过电流，油面的极度降低和温度升高等。,变压器最常见的外部故障是引出线上绝缘套管的故障，这种故障可能导致引出线的相间短路和接地（对变压器外壳）短路。,二、变压器继电保护措施,1气体保护,变压器气体保护的原理接线图T-电力变压器 KG-气体继电器 KS-信号继电器 KM-中间继电器 QF-断路器 YR-跳闸线圈 XB-切换片,气体保护的装设原则；气体保护的核心元件气体继电器工作原理；若变压器内部发生轻微故障、严重故障以及变压器漏油时，气体保护装置是怎样动作的；气体保护装置的突出优点和明显不足是什么等。,2差动保护,差动保护用以防御变压器绕组内部以及两侧绝缘套管和引出线上所出现的各种短路故障。差动保护属于瞬时动作的主保护。,差动保护是反应被保护变压器两侧电流的差额而动作的保护装置，它的主要元件是差动继电器。变压器在正常工作或外部故障时，流入差动继电器的电流为不平衡电流 在适当选择好两侧电流互感器的变比和接线方式的条件下，该不平衡电流值近似为零，并小于差动保护的动作电流，故保护装置不动作。,对于车间变电站的变压器装设差动保护装置吗？为什么？若需要快速切除故障，由什么保护装置来完成？,想一想,3过电流保护、电流速断保护和过负荷保护,变压器的过电流保护、电流速断保护和过负荷保护的综合接线原理图,高压线路的定时限过电流保护和电流速断保护与变压器的定时限过电流保护和电流速断保护的相同点和不同点是什么？,想一想,返回,一、熔断器保护,6-5 低压配电系统的保护,1熔断器的保护特性曲线,2熔断器的选择及其与导线的配合,由熔断器保护的低压配电系统 a)放射式 b)变压器干线式 1-干线 2-分干线 3-支干线 4-支线 QF-低压断路器（自动空气开关）,（1）熔断器熔体电流的选择1）保护电力线路的熔体电流，应考虑以下条件：熔断器熔体额定电流应不小于线路正常运行时的计算负荷电流I30，以使熔体在线路正常最大负荷下运行也不致熔断。熔断器熔体电流还应躲过线路的尖峰电流Ipk，以使线路出现正常的尖峰电流而不致熔断。为使熔断器可靠地保护导线和电缆不致在线路短路或过负荷时损坏甚至起燃，熔断器的熔体电流必须和导线或电缆的允许电流相配合。,2）保护电力变压器的熔断器熔体电流的选择对于保护电力变压器的熔断器，其熔体电流可按下式选定，即,（2）熔断器（熔管或熔体座）的选择熔断器的选择应满足下列条件：1）熔断器的额定电压应不低于被保护线路的额定电压。2）熔断器的额定电流应不小于它所安装的熔体的额定电流。3）熔断器的类型应符合安装条件及被保护设备的技术要求。,二、自动开关保护,自动开关，也叫低压断路器，是一种能自动切断故障的低压保护电器，被广泛地应用于各行各业的低压配电线路的电气装置中，它适用于正常情况下不频繁操作的电路中。,1自动开关在低压配电系统中的主要配置,（1）自动开关或带闸刀开关方式,（2）自动开关与磁力启动器或接触器配合的方式,（3）自动开关与熔断器配合的方式,2自动开关脱扣器动作电流整定,（1）长延时过流脱扣器（热脱扣器）动作电流的整定 这种脱扣器主要用于线路过负荷保护，因此其动作电流整定值应稍大于该线路的计算负荷电流。（2）瞬时（或短延时）过流脱扣器动作电流的整定,返回,一、操作电源,6-6 变配电站的操作电源与自动装置,在变配电系统中，高压断路器的合闸回路、跳闸回路、控制回路、信号回路、保护回路以及继电保护装置中的操作回路等所需要的电源称为操作电源。变配电站中的操作电源有交、直流两大类。,1由蓄电池组供电的直流操作电源,2由整流装置供电的直流操作电源,目前在变配电站中，直流操作电源主要采用带电容储能的直流装置或带镉镍电池储能的直流装置。,带电容储能的直流装置C1、C2-储能电容器 WC-控制小母线 WF-闪光信号小母线 WO-合闸小母线,带镉镍电池组储能的直流装置,3交流操作电源,采用交流操作电源时，对控制、信号、自动装置及事故照明等，均由所用变压器供电。而对于某些继电保护装置通常则由电流互感器所传递的短路电流作为操作电源。,二、自动装置简介,1电力线路的自动重合闸装置（简称ARD）,运行实践表明，电力线路（特别是架空线路）的短路故障大多数是暂时性的（例如因雷击闪络、鸟兽跨接导线等造成的）。这些故障在断路器跳闸后，多数都能很快地自行恢复。因此，如果采用自动重合闸装置，使断路器自动重新合闸，迅速恢复供电，从而提高了供电的可靠性。,电气一次自动重合闸基本原理电路图,2备用电源自动投入装置（简称APD）,在企业供电系统中，为了保证不间断供电，对于具有一级负荷和重要的二级负荷的变电站或重要用电设备、主要线路等，常采用备用电源自动投入装置。以保证工作电源因故障电压消失时，备用电源自动投入，继续恢复供电。,备用电源自动投入装置主电路图a）明备用 b）暗备用,返回,一、断路器的控制和信号回路,6-7 变配电站的控制和信号回路,在变配电站中，断路器的控制大部分采用远方控制，就是与主控制室相隔一定距离的户内和户外配电装置中的断路器，都在控制室内集中进行控制。为了实现远方控制，在控制室内必须有发出断路器跳、合闸操作命令的控制机构，即控制开关。断路器必须有执行操作命令的操作机构。控制机构与操作机构之间的电气连接电路称为控制回路。,1.控制开关 控制开关又称万能转换开关，是控制回路中的主要元件，运行人员通过控制开关，发出操作命令，对断路器进行手动合闸或跳闸操作。控制开关是一种有转动手柄的组合式开关。它由外壳、转动手柄和触点盒等几部组成，每个控制开关所装触点的节数及型式可根据不同的控制回路进行组合。常用的控制开关的型号为LW2-Z-1a、4、6a、40、20、20/F8。,一、断路器的控制和信号回路,第六章 企业供电系统的保护及其二次回路,6-7 变配电站的控制和信号回路,LW2-Z-1a、4、6a、40、20、20/F8型控制开关的触点位置图表,2断路器的操作机构,使断路器分、合闸操作的机构称为断路器的操作机构。断路器的操作机构的类型有电磁操作机构(CD)、弹簧储能操作机构(CT)、手动操作机构(CS)及液压操作机构(CY)等。目前用得最多的是电磁操作机构，但在66kV及以上的断路器，采用弹簧储能型及液压型的操作机构的在逐渐增多。,3.手动操作的断路器控制和信号回路,4电磁操作的断路器控制和信号回路,电磁操作机构的断路器控制和信号回路WC-控制小母线 WL-灯光指示小母线 WF-闪光信号小母线 WS-信号小母线 WAS-信号音响小母线 WO-合闸小母线 SA-控制开关 KO-合闸接触器 YO-电磁合闸线圈 YR-跳闸线圈 KA-继电保护触点 QF16-断路器QF的辅助触点 GN-绿色指示灯 RD-红色指示灯 ON-合闸操作方向 OFF-跳闸操作方向,图中控制开关SA（采用LW5型万能转换开关）及信号灯GN和RD装在控制屏（台）上；控制小母线WC、闪光信号小母线WF(+)与信号音响信号小母线WAS均装设在控制屏屏顶上。,二、中央信号装置,中央信号装置包括事故信号装置和预告信号装置两种。,1.事故信号装置 事故信号的作用是在断路器事故跳闸时，通知值班人员。断路器事故跳闸时有两种信号：音响信号通常采用电笛（蜂鸣器）和灯光信号（绿灯闪光）。音响信号是公用的，用以引起值班人员的注意；灯光信号是独立的，用以指明事故跳闸的断路器。音响信号解除的方法有就地复归和中央复归两种。,就地复归的音响信号回路很简单，要想使音响信号复归，只需将事故跳闸的断路器的控制开关由“合闸后”位置转到“跳闸”位置即可。这种电路的缺点是灯光信号和音响信号同时被复归，这对接线比较复杂的变电站是不适用的。为了便于处理事故，根据运行要求，希望先复归音响信号，而灯光信号再保留一段时间。为此，目前在变电站中广泛采用的是中央复归可重复动作的事故音响回路。,由ZC-23型冲击继电器构成的事故音响信号装置WS-信号小母线 WAS-事故信号音响小母线 SA-控制开关 SB1-试验按钮 SB2-音响解除按钮 KU-冲击继电器 KR-干簧继电器 KM-中间继电器 KT-时间继电器 TA-脉冲变流器,2.预告信号装置,在工厂供电系统中若出现不正常工作状态时，通过预告信号通知值班人员，使其及时采取适当措施消除这些不正常状态，以避免发生事故,预告信号应该同时发出单独的灯光信号和公用的音响信号。灯光信号即是光字牌中的灯光，可使值班人员了解发生不正常工作状态的设备及性质。音响信号的目的是引起值班人员的注意，为了与事故音响信号有所区别，发音元件采用电铃。,不能重复动作的中央预告音响信号装置WS-信号小母线 WFS-预告信号小母线 SB1-试验按钮 SB2-音响解除按钮 KA-继电保护触点 KM-中间继电器 YE-黄色信号灯 HL-光字牌指示灯 HA-电铃,本章结束,